背景資料

施耐德電氣的(de)(de)EcoStruxure Automation Expert（簡稱為EAE），是一個自動(dong)化平臺，他們稱之為軟件為中心(xin)的(de)(de)工業(ye)自動(dong)化。EAE具有三層(ceng)架構。從底層(ceng)的(de)(de)PLC，變頻器(qi)，傳感器(qi)到邊緣控(kong)制的(de)(de)軟件dPAC，到頂層(ceng)的(de)(de)應用，分(fen)析和服務。

EcoStruxure Automation Expert基本組成

EcoStruxure Automation Expert軟件dPAC是先進的(de)(de)多(duo)平(ping)臺IEC61499為基礎的(de)(de)控(kong)制(zhi)運行時(shi)，它包括：

●基于事件，網(wang)絡透明的自(zi)動化能力

●原(yuan)生(sheng)過程告(gao)警支持

●modbus/TCP客(ke)戶端和服務器

●OPC UA服務器

●Ethernet/IP（在(zai)v20.2中支持有限平臺(tai)

EcoStruxure Automation Expert軟(ruan)件dPAC在(zai)一個標準(zhun)PC上使能(neng)一個開放，靈活，可(ke)擴展(zhan)，高(gao)度集成(cheng)IEC61499運行時。從低成(cheng)本(ben)的(de)嵌入式系(xi)統到高(gao)性能(neng)IT服務器。

運行時(shi)在工(gong)業邊緣提供了集(ji)成和(he)運行先進IT工(gong)具，程序庫和(he)應用的開放平臺。這(zhe)是通過TCP/UDP socket和(he)直(zhi)接(jie)鏈(lian)接(jie)DLL庫的方式實現的。

這個公(gong)共運行時集成(cheng)硬件解決方案(an)，比如Altivar 變頻器，Modicon M251 dPAC,Modicon M580 dPAC,加上linux系統上基于(yu)容(rong)器的虛擬(ni)軟(ruan)件運行時。

EcoStruxure Automation Expert的Linux軟(ruan)件dPAC兼容實時Linux內核，并且(qie)支持每臺機(ji)器(qi)上多個運行時同(tong)時運行，它們(men)通過modbus/TCP和Ethernet/IP通信。

由(you)此可見，Linux下的運行時有兩個版本：

●X86-64版本(ben)是Intel X86下的版本(ben)

●Arm HF版本是32位Arm版本。arm hf arm hard float的簡寫(xie)。

這就意味著Soft dPAC不僅(jin)能夠在Intel X86計算(suan)機(ji)上運行，也可(ke)以在Arm嵌(qian)入式平臺上運行，比如樹莓PI4，RK3399，H6等Arm板(ban)上運行。

Soft dPAC要求在docker容器(qi)(qi)中運(yun)行(xing)(xing)。施(shi)耐德電(dian)氣提供的是一個(ge)docker容器(qi)(qi)的image。直接可以在docker中安裝(zhuang)成為容器(qi)(qi)運(yun)行(xing)(xing)。

這(zhe)是一件令人興奮(fen)的事情，我們可(ke)以在各種邊緣(yuan)計算機上部署Soft dPAC，甚至可(ke)以將(jiang)它(ta)們部署在云(yun)端。和其它(ta)微服務(wu)協(xie)同操作。構建一個(ge)開(kai)發性系統。

有(you)了docker版(ban)本(ben)的Soft dPAC，就可以將它(ta)部(bu)署到邊緣服(fu)務(wu)器上面，并(bing)且與docker容器中的其它(ta)微(wei)服(fu)務(wu)協同操作(zuo)。下面是(shi)一個典型的架構圖(tu)：

前面提(ti)到，Soft dPAC提(ti)供了3種方式與外部程序交互

●動(dong)態庫(ku)DLL直接調用

●modbus TCP

●TCP/UDP方式。

docker容(rong)器(qi)中程序(xu)(xu)以微服(fu)(fu)務(wu)的方式運行(xing)，所有的微服(fu)(fu)務(wu)通過一(yi)個(ge)統(tong)(tong)一(yi)的消(xiao)息(xi)系統(tong)(tong)實現消(xiao)息(xi)交(jiao)(jiao)換。比(bi)如RabbitMQ，MQTT等。為此，我(wo)們要設(she)計一(yi)個(ge)Soft Gateway程序(xu)(xu)將Soft dPAC TCP傳(chuan)輸的數據(ju)轉換成微服(fu)(fu)務(wu)消(xiao)息(xi)，通過message bus信息(xi)交(jiao)(jiao)換。在這里我(wo)們選(xuan)擇簡單MQTT作為消(xiao)息(xi)總線。

測試過程

解壓(ya)出(chu)EAE V20.2后有一個文(wen)件，這就是Linux版本Soft dPAC的壓(ya)縮包：

tar zxvf ./softdpac.tar

sudo python3 install.py

按照文檔中的提示(shi)是運行startSoftdPAC.sh

sudo sh startSoftdPAC.sh 

--ipbase 192.168.31.95  

--itname enp1s0  

--image-name softdpac:x86-v20.2-20315-1064  

--nbcontainer 1

不過具體過程(cheng)中發現docker的(de)(de)端(duan)口51499沒有暴(bao)露(lu)除了來，直(zhi)接使用物理(li)端(duan)口IP地址也(ye)不是很好。可以(yi)使用docker的(de)(de)方式直(zhi)接安裝。我采用portainer 基于web的(de)(de)容器(qi)管(guan)理(li)工具。

modbus/TCP 通信

在(zai)EAE中，有一個Modbus Software Gateway，可以(yi)實現與外(wai)部modbus TCP server的通信。這就(jiu)可以(yi)連(lian)接(jie)第三方的遠(yuan)程(cheng)IO模塊(kuai)，也可以(yi)連(lian)接(jie)其它的應用程(cheng)序(xu)。

在EAE中(zhong)，modbus是作為硬件(jian)功能塊來實(shi)現的(de)。需(xu)要在device List窗口中(zhong)，指定設備擊右鍵選擇(ze) HW Configuration.

出現下面窗口(kou)，選擇 Standard.IoModbus.MODBUS.

于是在HW Configuration中出現MODBUS項目。

下一步，在(zai)MODBUS端(duan)口添加設備，在(zai)MODBUS 下擊右(you)鍵，出現(xian)下面窗口。選擇MODBUSGENTCPS。

添加(jia)的MODBUSGENTCPS相當于(yu)Slave MODBUS設備。它(ta)內部的讀寫寄存器在一(yi)個XML 中定義。比(bi)如modbusmap.xml。如下面所示

最后還需(xu)要添加一個Standard.IoModbus.MODBUSSLAVEND.(不要忘(wang)記，我就是忘(wang)了，一直搞(gao)不通）

該文(wen)件(jian)可以存儲在Project文(wen)件(jian)夾中。下一(yi)(yi)步指向(xiang)MODBUSGENTCPS1擊右鍵，選(xuan)擇(ze)Modbus Gateway。彈(dan)出一(yi)(yi)個文(wen)件(jian)選(xuan)擇(ze)窗口。選(xuan)擇(ze) modbusmap.xml.

經過(guo)上面一(yi)系(xi)列添(tian)加之后，HW Configuration是這樣的：

我(wo)們(men)還需要設置上(shang)面(mian)窗口(kou)中所有項目的屬性（property），它們(men)包括：

MODBUS，

MODBUSGENTCPS1，

VAL_OUT1_MODBUSGENTCPS1

VAL_OUT2_MODBUSGENTCPS1

VAL_IN1_MODBUSGENTCPS1

VAL_IN2_MODBUSGENTCPS1

下面是相關項(xiang)目的屬性窗口。

MODBUS屬性

MODBUSGENTCPS1屬性

VAL_OUT1_MODBUSGENTCPS1 /VAL_OUT2_MODBUSGENTCPS1屬性

VAL_IN1_MODBUSGENTCPS1 /VAL_IN2_MODBUSGENTCPS1的屬性

要反復(fu)檢查，不要遺留(liu)。要不然也搞不定。

設置完成(cheng)后(hou)，點擊HW Configuration邊上(shang)的(de)Mapping，這時切(qie)換到RES窗(chuang)口(kou)，發現(xian)在里面(mian)添加(jia)了兩個(ge)功能塊MODBUSGENTCPS MBRead和MODBUSGENTCPS MBWrite.你可以添加(jia)連線如下圖。

GO語言(yan)編(bian)寫了一個(ge)簡單(dan)的modbus server

TCP/UDP 通信

modbusTCP協議比較適(shi)合(he)soft dPAC連(lian)接遠程IO模(mo)塊，而TCP/UDP更(geng)適(shi)合(he)于軟件交換數據。EAE 有(you)一個NETIO功(gong)能塊提供給用戶(hu)建立特定的TCP，UDP通信(xin)。這個功(gong)能塊意義非凡，使(shi)用戶(hu)可以實現(xian)與非EAE程序(xu)的通信(xin)。

下面是(shi)一個簡單的例(li)子(zi)：

ENDPOINT設(she)(she)置(zhi)外(wai)部應用的協議類(lei)型和IP地(di)址，端口。在(zai)(zai)EAE的文檔中解釋有點凌亂。我設(she)(she)置(zhi)為 TCP Client模式，在(zai)(zai)9200端口接收數據(ju)，在(zai)(zai)與Soft dPAC同一臺主機上(shang)向9201發送(song)數據(ju)。

'TCP:9200;127.0.0.1:9201'

外部(bu)的測(ce)試程序采用GO 語(yu)言編(bian)寫，代碼如下：

運行(xing)的(de)結果如下：

一個簡單的軟件網關（Soft Gateway）

Soft dPAC只是(shi)提(ti)供(gong)了(le)(le)一(yi)個簡單(dan)的TCP，UDP和modbusTCP通信機(ji)制。為(wei)了(le)(le)實(shi)現(xian)Soft dPAC與容器(qi)中的其它(ta)微服務通信。需要設計一(yi)個軟(ruan)件網(wang)關，將TCP數據轉化成為(wei)微服務的消(xiao)息總(zong)線(xian)協議。為(wei)了(le)(le)簡單(dan)演示(shi)，我們實(shi)現(xian)了(le)(le)一(yi)個TCP/MQTT的軟(ruan)件網(wang)關（Soft Gateway），它(ta)采用(yong)Go語言編寫。

MQTT代理使用(yong)開源Eclipse Mosquitto。